隧道塌方预防技术要求及处理措施案例展示.pptx

隧道施工，除地质条件差，还会遇到断面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况，从而使隧道施工，除地质条件差，还会遇到断面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况，从而使施工更加复杂，难度更大。目前，由于设计深度不足，技术措施不合理、施工方法不当、施施工更加复杂，难度更大。目前，由于设计深度不足，技术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位、现场管理薄弱等环节的诸多问题，隧道坍方、作业人员伤亡等事故时有发生，工工艺不到位、现场管理薄弱等环节的诸多问题，隧道坍方、作业人员伤亡等事故时有发生，隧道建设的安全现状无法与当前的形势相适应。隧道建设的安全现状无法与当前的形势相适应。第1页/共237页 如何提高隧道设计施工水平，预防变形和如何提高隧道设计施工水平，预防变形和坍方，确保施工安全，其核心是抓住隧道工程坍方，确保施工安全，其核心是抓住隧道工程特点，认清隧道潜在安全风险源，从设计源头特点，认清隧道潜在安全风险源，从设计源头采取相应技术措施，落实好采取相应技术措施，落实好“三超前、四到位、三超前、四到位、一强化一强化”施工技术关键环节。施工技术关键环节。第2页/共237页目目 录录1 地质特征与工程特点2 隧道潜在安全风险源3 隧道“新奥法”设计原理4 变形控制技术5 隧道设计的有关要求6 隧道变形、坍方事故案例7 隧道施工的有关要求第3页/共237页1 1 隧道地质特征与工程特点隧道地质特征与工程特点第4页/共237页1.1 1.1 主要工程地质特征主要工程地质特征 一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，工程地质特征有：的围岩，工程地质特征有：(1)(1)岩体破碎松散、粘结力差：岩体破碎松散、粘结力差：一般为土层、岩体全风化层、一般为土层、岩体全风化层、挤压破碎带等构成的围岩，由于结构破碎松散，岩体间的粘结挤压破碎带等构成的围岩，由于结构破碎松散，岩体间的粘结力差，开挖洞室后，仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成力差，开挖洞室后，仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱，这类岩体极不稳定，尤其是在浅埋地段容易发生坍塌冒顶。拱，这类岩体极不稳定，尤其是在浅埋地段容易发生坍塌冒顶。第5页/共237页 (2)(2)围岩强度低、遇水易软化：围岩强度低、遇水易软化：一般以页岩、泥岩、片岩、一般以页岩、泥岩、片岩、炭质岩、千枚岩等为代表的软质岩地层，由于其强度低、稳定炭质岩、千枚岩等为代表的软质岩地层，由于其强度低、稳定性差，开挖暴露后易风化、遇水易软化，尤其是深埋地段受高性差，开挖暴露后易风化、遇水易软化，尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑性变形，造成洞室内挤。应力影响容易发生塑性变形，造成洞室内挤。第6页/共237页 (3)(3)岩体结构面软弱、易滑塌：岩体结构面软弱、易滑塌：主要是存在于受结构面切割主要是存在于受结构面切割影响严重的块状岩体中，由于结构面的粘结强度较低，开挖后影响严重的块状岩体中，由于结构面的粘结强度较低，开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。第7页/共237页1.2 1.2 的变形与破坏特征的变形与破坏特征 的工程地质性质决定了它在隧道工程中的变形特征，即开的工程地质性质决定了它在隧道工程中的变形特征，即开挖后自稳能力差，表现出挖后自稳能力差，表现出“自稳时间短、易坍塌自稳时间短、易坍塌”的特征。的特征。由于隧道的开挖，使先前支撑隧道洞身围岩被移走，洞壁由于隧道的开挖，使先前支撑隧道洞身围岩被移走，洞壁临空；造成围岩应力进行重新调整，围岩与洞壁均向隧道净空临空；造成围岩应力进行重新调整，围岩与洞壁均向隧道净空方向变形。方向变形。第8页/共237页 这种变形由三部分组成：这种变形由三部分组成：一是，隧道正前方掌子面的水平位移，表现为掌子面的水一是，隧道正前方掌子面的水平位移，表现为掌子面的水平鼓出平鼓出;二是，掌子面前方围岩下沉，浅埋隧道表现为地表下沉，二是，掌子面前方围岩下沉，浅埋隧道表现为地表下沉，形成沉降槽形成沉降槽;图图 掌子面鼓出掌子面鼓出/地表沉降槽地表沉降槽第9页/共237页三是，刚开挖的隧道洞壁出现收敛变形，表现为拱顶下沉和边墙内移;图 拱顶下沉和边墙内移第10页/共237页 若这种变形不进行控制，则可能发生隧道坍方。若这种变形不进行控制，则可能发生隧道坍方。常见的隧道坍方类型可以归纳为两类：常见的隧道坍方类型可以归纳为两类：一是掌子面水平变形过大，发生掌子面挤出坍方；一是掌子面水平变形过大，发生掌子面挤出坍方；另一类是支护下沉过大，出现整体失稳坍方。另一类是支护下沉过大，出现整体失稳坍方。图图 掌子面挤出坍方掌子面挤出坍方 图图 整体失稳坍方整体失稳坍方第11页/共237页 当当隧隧道道上上部部覆覆土土较较浅浅时时，隧隧道道内内的的变变形形可可能能发发展展到到地地表表，引引起起地地表表变变形形开开裂裂，甚甚至至出出现现坍坍塌塌冒冒顶顶的的情情况况。这这种种坍坍方方对对隧隧道工程的建设和环境的危害性极大。道工程的建设和环境的危害性极大。整体失稳坍方工程实例整体失稳坍方工程实例 洞顶地表陷坑洞顶地表陷坑第12页/共237页1.3 1.3 隧道工程特点隧道工程特点 强度低、自稳能力差，隧道开挖后地应强度低、自稳能力差，隧道开挖后地应力重新分布，使隧道周边产生较大的松动圈。力重新分布，使隧道周边产生较大的松动圈。一旦工程措施（包括设计措施）和施工方法一旦工程措施（包括设计措施）和施工方法不当，将极易发生初期支护变形侵限和隧道不当，将极易发生初期支护变形侵限和隧道坍方等工程事故。因此，隧道施工的核心是坍方等工程事故。因此，隧道施工的核心是“控制变形、防止坍方控制变形、防止坍方”。第13页/共237页2 2 隧道潜在安全风险源隧道潜在安全风险源第14页/共237页 针对隧道的支护变形、塌方等风险，从地质角度进行分析针对隧道的支护变形、塌方等风险，从地质角度进行分析总结，其潜在安全风险源主要有总结，其潜在安全风险源主要有6 6种情况：种情况：（1 1）浅埋、偏压）浅埋、偏压 浅埋地段，隧道施工时拱部一般难于成拱，在未采取足够浅埋地段，隧道施工时拱部一般难于成拱，在未采取足够措施前，浅埋隧道易发生局部塌方；偏压地段，隧道支护结构措施前，浅埋隧道易发生局部塌方；偏压地段，隧道支护结构将承受显著的不对称荷载，施工期间易造成初期支护纵向开裂将承受显著的不对称荷载，施工期间易造成初期支护纵向开裂或错台，变形过大甚至塌方。或错台，变形过大甚至塌方。图图 地形引起的偏压地形引起的偏压图图 地质引起的偏压地质引起的偏压 第15页/共237页（2 2）土质隧道）土质隧道 土质隧道强度低、自稳性差，与岩石隧道相比要承受更大土质隧道强度低、自稳性差，与岩石隧道相比要承受更大的荷载，若初期支护强度不足，将导致变形大、严重时会出现的荷载，若初期支护强度不足，将导致变形大、严重时会出现局部坍塌等安全风险。局部坍塌等安全风险。土质隧道塌方冒顶及洞内松散坍体土质隧道塌方冒顶及洞内松散坍体第16页/共237页（3 3）大埋深软岩隧道）大埋深软岩隧道 在大埋深软岩地段，一般存在较高的地应力，由于软岩抗压在大埋深软岩地段，一般存在较高的地应力，由于软岩抗压强度低，开挖过程中洞壁岩体剥离，位移极为显著，变形持续时强度低，开挖过程中洞壁岩体剥离，位移极为显著，变形持续时间长，隧底常出现隆起现象。间长，隧底常出现隆起现象。通过该段时，若支护不足，可能造成支护变形过度、侵限，通过该段时，若支护不足，可能造成支护变形过度、侵限，甚至塌方等安全风险。甚至塌方等安全风险。支护大变形严重侵入净空实例支护大变形严重侵入净空实例第17页/共237页（4 4）断层破碎带）断层破碎带 由于断层上下两盘的相对运动，常使断层面附近岩石破碎由于断层上下两盘的相对运动，常使断层面附近岩石破碎成碎石和粉末状，形成断层破碎带，其岩体一般自稳性极差，成碎石和粉末状，形成断层破碎带，其岩体一般自稳性极差，且常伴有地下水，隧道通过断层破碎带时易发生塌方、掌子面且常伴有地下水，隧道通过断层破碎带时易发生塌方、掌子面突泥、突水等安全风险。突泥、突水等安全风险。隧道隧道断层破碎带及塌方断层破碎带及塌方第18页/共237页（5 5）结构面发育的块状岩体地段）结构面发育的块状岩体地段 块状围岩的力学特性是岩石单体强度较高、承载力较高，块状围岩的力学特性是岩石单体强度较高、承载力较高，但因结构面发育，受其切割制约，特别是在有地下水组合作用但因结构面发育，受其切割制约，特别是在有地下水组合作用的条件下，岩体整体稳定性差，这类围岩隧道坍塌的特点是个的条件下，岩体整体稳定性差，这类围岩隧道坍塌的特点是个别岩块失稳，造成较大范围岩块突然坍塌。别岩块失稳，造成较大范围岩块突然坍塌。坍塌岩块坍塌岩块结构面发育结构面发育第19页/共237页（6 6）不同岩层接触带地段）不同岩层接触带地段 由于不同岩层，岩性差异大，加之常伴有地下水，在接触由于不同岩层，岩性差异大，加之常伴有地下水，在接触面附近常发育有风化剥蚀面，岩体较为软弱、破碎，隧道通过面附近常发育有风化剥蚀面，岩体较为软弱、破碎，隧道通过时，在掌子面上方或前方，易发生塌方、涌泥等安全风险。时，在掌子面上方或前方，易发生塌方、涌泥等安全风险。隧道隧道接触带塌方接触带塌方第20页/共237页3 3 隧道隧道“新奥法新奥法”设计原理设计原理第21页/共237页3.13.1 隧道设计理论隧道设计理论 在隧道工程的设计与施工中，除在隧道工程的设计与施工中，除了了解隧道了了解隧道“自稳差、易坍塌自稳差、易坍塌”的工的工程特点，还必须清楚地认识到隧道不程特点，还必须清楚地认识到隧道不同于地面建筑物的力学同于地面建筑物的力学3 3个主要特点：个主要特点：（1 1）隧道是由围岩和多种支护结构）隧道是由围岩和多种支护结构两部分组成的，即：两部分组成的，即：隧道隧道 =围岩围岩 +支护支护 围岩与支护共同承担山体的压力。围岩与支护共同承担山体的压力。图图 围岩与支护共同受力围岩与支护共同受力第22页/共237页（2 2）隧道承受的压力具有不确定性。）隧道承受的压力具有不确定性。（3 3）支护体系是控制围岩变形的关键。）支护体系是控制围岩变形的关键。为有效控制隧道工程安全风险，避免或减少坍方事故发生，为有效控制隧道工程安全风险，避免或减少坍方事故发生，应以应以“充分调动围岩的承载能力，有效控制围岩变形和松弛充分调动围岩的承载能力，有效控制围岩变形和松弛”为设计理念，按新奥法原理进行隧道设计。为设计理念，按新奥法原理进行隧道设计。第23页/共237页3.2 3.2 隧道支护设计隧道支护设计 根据新奥法原理，隧道支护根据新奥法原理，隧道支护一般采用复合衬砌。一般采用复合衬砌。复合衬砌由初期支护、二次复合衬砌由初期支护、二次衬砌两部分组成。衬砌两部分组成。隧道开挖后先实施喷射混凝隧道开挖后先实施喷射混凝土、锚杆、钢拱架等与围岩密贴土、锚杆、钢拱架等与围岩密贴的初期支护，约束围岩变形，并的初期支护，约束围岩变形，并根据变形监控量测结果，适时施根据变形监控量测结果，适时施作二次衬砌。作二次衬砌。图图 复合衬砌图复合衬砌图第24页/共237页（1 1）初期支护设计）初期支护设计 初期支护是由喷射混凝土、锚杆、钢架组成的联合支护体初期支护是由喷射混凝土、锚杆、钢架组成的联合支护体系，是复合衬砌隧道的主要承载结构。系，是复合衬砌隧道的主要承载结构。第25页/共237页初期支护设计初期支护设计 -喷射混凝土喷射混凝土 喷射混凝土的作用喷射混凝土的作用 喷混凝土能及时、有效地防止开挖面岩层的松散、离层和喷混凝土能及时、有效地防止开挖面岩层的松散、离层和掉落，是有效地保护围岩、防止坍方的重要手段。掉落，是有效地保护围岩、防止坍方的重要手段。填充裂隙填充裂隙 界面附着防掉块界面附着防掉块 喷喷混混凝凝土土与与围围岩岩的的粘粘附附是是发发挥挥喷喷混混凝凝土土支支护护效效果果的的保保证证，也是喷混凝土最主要的力学作用。也是喷混凝土最主要的力学作用。图图 喷射混凝土与围岩喷射混凝土与围岩第26页/共237页中喷混凝土设计及施工要点中喷混凝土设计及施工要点:喷混凝土应具有必要的早期强度，以尽快对围岩提拱支承力，喷混凝土应具有必要的早期强度，以尽快对围岩提拱支承力，2424小时抗压强度不应低于小时抗压强度不应低于10MPa10MPa。喷混凝土应有足够的后期强度，强度等级不应低于喷混凝土应有足够的后期强度，强度等级不应低于C25C25。与围岩应具有足够的粘附强度，使喷混凝土与围岩尽快形成与围岩应具有足够的粘附强度，使喷混凝土与围岩尽快形成整体，阻止围岩松动下滑，与围岩的粘结强度不应低于整体，阻止围岩松动下滑，与围岩的粘结强度不应低于0.5MPa0.5MPa。采用钢筋网喷混凝土，增强喷混凝土的抗剪强度、提高粘附采用钢筋网喷混凝土，增强喷混凝土的抗剪强度、提高粘附性。性。第27页/共237页为达到设计目的，中喷混凝土施工要求做到：为达到设计目的，中喷混凝土施工要求做到：喷混凝土应采用湿喷工艺喷混凝土应采用湿喷工艺 湿喷法其喷射混合料进入喷射机前已经按规定加入水拌合均湿喷法其喷射混合料进入喷射机前已经按规定加入水拌合均匀，因此较干喷工艺具有水灰比能准确控制，利于水泥的水匀，因此较干喷工艺具有水灰比能准确控制，利于水泥的水化，施工粉尘小，回弹少，混凝土均质性好，强度高的优点。化，施工粉尘小，回弹少，混凝土均质性好，强度高的优点。喷混凝土必须与岩面密贴，不可有空洞，以保证良好的共同喷混凝土必须与岩面密贴，不可有空洞，以保证良好的共同受力状态受力状态喷混凝土必须快速、及时施作。喷混凝土必须快速、及时施作。第28页/共237页初期支护设计初期支护设计 -锚杆锚杆 锚杆作为初期支护的另一主要构件，设计施工中是必不可锚杆作为初期支护的另一主要构件，设计施工中是必不可少的，特别是在中，其对围岩的加固作用十分明显。少的，特别是在中，其对围岩的加固作用十分明显。第29页/共237页 中锚杆的作用中锚杆的作用 在中单凭喷射混凝土往往难以抵抗围岩的巨大形变压力，在中单凭喷射混凝土往往难以抵抗围岩的巨大形变压力，不能有效地保证支护的可靠性。在这种情况下，需要将喷射混不能有效地保证支护的可靠性。在这种情况下，需要将喷射混凝土与锚杆联合使用，并把锚杆作为主要的支护措施。凝土与锚杆联合使用，并把锚杆作为主要的支护措施。中锚杆的主要作用是通过形成具有一定厚度的中锚杆的主要作用是通过形成具有一定厚度的“加固圈加固圈”来来“加固围岩加固围岩”。“加固圈加固圈”承担外层围岩传来的荷载，使得承担外层围岩传来的荷载，使得最后传到喷射混凝土层的荷载大为减小。最后传到喷射混凝土层的荷载大为减小。锚锚杆杆对对围围岩岩的的加加固固是是通通过过锚锚杆杆周周围围的的水水泥泥砂砂浆浆与与围围岩岩的的粘粘结结力力来来实实现现的的，因因此此需需保保证证锚锚固固可可靠靠，且且锚锚杆杆垫垫板板必必须须与与岩岩面面紧贴。紧贴。锚杆锚杆隧道隧道加固圈加固圈第30页/共237页 锚杆设计与施工要点：锚杆设计与施工要点：锚杆的布置一般沿洞室周边径向均匀布置，必要时底部也要锚杆的布置一般沿洞室周边径向均匀布置，必要时底部也要加锚杆；加锚杆；为保证加固带有一定厚度，锚杆的长度与间距之比一般为为保证加固带有一定厚度，锚杆的长度与间距之比一般为2:12:1；为防止锚杆间围岩坍落，还应配合网喷混凝土，喷层主要承为防止锚杆间围岩坍落，还应配合网喷混凝土，喷层主要承担锚杆间的局部坍塌荷载；担锚杆间的局部坍塌荷载；为达到设计目的，锚杆施工中要求做到：为达到设计目的，锚杆施工中要求做到：锚杆锚固可靠，全长粘结；锚杆锚固可靠，全长粘结；要用垫板，且垫板要求与岩面紧贴。要用垫板，且垫板要求与岩面紧贴。第31页/共237页初期支护设计初期支护设计 -钢架钢架 钢架分型钢钢架与格栅钢架两种，一般应与锚杆、喷混凝钢架分型钢钢架与格栅钢架两种，一般应与锚杆、喷混凝土共同使用。土共同使用。图图 钢架断面图钢架断面图格格栅栅钢钢架架第32页/共237页 钢架的作用钢架的作用 钢架的作用有四点：钢架的作用有四点：一是一是喷混凝土发挥作用前支撑围岩；喷混凝土发挥作用前支撑围岩；二是二是对喷射混凝土进行补强；对喷射混凝土进行补强；三是三是作为超前支护的支点；作为超前支护的支点；四是四是与锚杆、喷射混凝土共同发挥初期支护的作用。与锚杆、喷射混凝土共同发挥初期支护的作用。钢架适用范围钢架适用范围 钢架的最大特点是刚度大，架设后能够立即承载受力。因钢架的最大特点是刚度大，架设后能够立即承载受力。因此，多用于软弱破碎或土质围岩中，需要控制围岩变形迅速发此，多用于软弱破碎或土质围岩中，需要控制围岩变形迅速发展的场合。如浅埋、偏压及土层隧道等。展的场合。如浅埋、偏压及土层隧道等。第33页/共237页钢架的设计与施工要点：钢架的设计与施工要点：一般采用工字钢，或一般采用工字钢，或“八字结八字结”形联系钢筋的格栅钢架；形联系钢筋的格栅钢架；钢架间距一般为钢架间距一般为0.60.61.0m1.0m。为增加钢架的整体性，每榀钢架间应设纵向连接构件；为增加钢架的整体性，每榀钢架间应设纵向连接构件；钢架拱脚及墙脚应有控制钢架位移和下沉的措施。钢架拱脚及墙脚应有控制钢架位移和下沉的措施。为达到设计目的，钢架的施工要求做到：为达到设计目的，钢架的施工要求做到：接头是整个钢架的薄弱环节，必须加强接头是整个钢架的薄弱环节，必须加强;钢架应直立安装，并用混凝土预制块与围岩顶紧；钢架应直立安装，并用混凝土预制块与围岩顶紧；型钢钢架应预留注浆孔，及时对喷混凝土层后回填注浆，保证型钢钢架应预留注浆孔，及时对喷混凝土层后回填注浆，保证与围岩密贴；与围岩密贴；分部开挖钢架落底接长时，要注意防止失稳。分部开挖钢架落底接长时，要注意防止失稳。第34页/共237页（2 2）二次衬砌设计）二次衬砌设计 中二次衬砌也是主要承载结构，二次衬砌与初期支护共同承中二次衬砌也是主要承载结构，二次衬砌与初期支护共同承担较大的后期围岩变形压力，应适时施作。担较大的后期围岩变形压力，应适时施作。第35页/共237页（1 1）二次衬砌的作用）二次衬砌的作用 隧道中，二次衬砌的主要作用：一是承载，二是安全储备，隧道中，二次衬砌的主要作用：一是承载，二是安全储备，保障运营的安全。保障运营的安全。（2 2）二次衬砌的设计与施工要点）二次衬砌的设计与施工要点二次衬砌原则上应在初期支护的位移收敛后施作，但对于浅埋二次衬砌原则上应在初期支护的位移收敛后施作，但对于浅埋隧道，当初期支护位移不收敛时，应适时施做二次衬砌，此时隧道，当初期支护位移不收敛时，应适时施做二次衬砌，此时二次衬砌结构应适当加强。二次衬砌结构应适当加强。二次衬砌应带仰拱，与边墙应圆顺连接，减少应力集中。二次衬砌应带仰拱，与边墙应圆顺连接，减少应力集中。为达到设计目的，二次衬砌施工要求做到：为达到设计目的，二次衬砌施工要求做到：二次衬砌应先施工仰拱，分段整体浇注二次衬砌应先施工仰拱，分段整体浇注 。二次衬砌背后空洞应回填密实。二次衬砌背后空洞应回填密实。第36页/共237页4 4 变形控制技术变形控制技术第37页/共237页4.1 4.1 控制掌子面变形、坍塌的技术控制掌子面变形、坍塌的技术 掌子面过大的变形将导致坍塌事故的发生。这种事故占隧道掌子面过大的变形将导致坍塌事故的发生。这种事故占隧道坍方事故的比例最高，造成的人员、机械设备的损失最大，在设坍方事故的比例最高，造成的人员、机械设备的损失最大，在设计施工中都应该引起高度重视。计施工中都应该引起高度重视。第38页/共237页 常见的控制掌子面变形、坍塌常见的控制掌子面变形、坍塌的技术有：的技术有：（1 1）超前支护）超前支护 超前支护是一种超前支护是一种“先支后挖先支后挖”技术，是控制隧道掌子面前方围岩技术，是控制隧道掌子面前方围岩变形，防止隧道掌子面坍塌的主要变形，防止隧道掌子面坍塌的主要手段。手段。常用的超前支护有：超前锚杆、常用的超前支护有：超前锚杆、超前小导管注浆、超前大管棚。超前小导管注浆、超前大管棚。图图 超前支护示意图超前支护示意图第39页/共237页 超前支护施工中要求做到：超前支护施工中要求做到：一是一是超前管棚必须按设计要求进行压浆，以起到加固围岩的超前管棚必须按设计要求进行压浆，以起到加固围岩的作用。作用。二是二是为保证管棚与钢架的联合支护作用，管棚外露部分应焊为保证管棚与钢架的联合支护作用，管棚外露部分应焊接于钢架上。接于钢架上。第40页/共237页（2 2）掌子面锚杆）掌子面锚杆 设置掌子面锚杆的目的是控制围设置掌子面锚杆的目的是控制围岩开挖前的先行位移和掌子面位移，岩开挖前的先行位移和掌子面位移，也是给大断面开挖创造条件，有利于也是给大断面开挖创造条件，有利于控制先行和后期围岩、支护变形。控制先行和后期围岩、支护变形。掌子面锚杆的长度一般都在掌子面锚杆的长度一般都在101020m 20m 之间，宜优先采用易于切割的玻之间，宜优先采用易于切割的玻璃纤维锚杆。璃纤维锚杆。图图 掌子面锚杆掌子面锚杆第41页/共237页（3 3）掌子面喷混凝土封闭）掌子面喷混凝土封闭 掌子面喷混凝土是现场使用较多的另一种维持掌子面稳定的掌子面喷混凝土是现场使用较多的另一种维持掌子面稳定的支护措施。支护措施。图图 掌子面混凝土封闭掌子面混凝土封闭第42页/共237页（4 4）掌子面预留核心土）掌子面预留核心土 掌子面预留核心土防止掌子面失稳、坍方是隧道中运用最广、掌子面预留核心土防止掌子面失稳、坍方是隧道中运用最广、最简单、最经济的技术措施之一。最简单、最经济的技术措施之一。核心土核心土核心土核心土核心土核心土第43页/共237页4.24.2 控制落底开挖坍方技术控制落底开挖坍方技术 隧道上台阶开挖支护完成，下一道工序就是下台阶落底开挖。隧道上台阶开挖支护完成，下一道工序就是下台阶落底开挖。这道工序风险极大。落底时上半部支护基础悬空，失去支撑，很这道工序风险极大。落底时上半部支护基础悬空，失去支撑，很容易引起支护和围岩失稳、坍方。容易引起支护和围岩失稳、坍方。这种事故一旦发生，容易造成前方掌子面作业人员被困和伤这种事故一旦发生，容易造成前方掌子面作业人员被困和伤亡。亡。落底开挖的关键技术是在开挖前给上半断面支护结构提供一落底开挖的关键技术是在开挖前给上半断面支护结构提供一个临时或永久的基础，控制支护拱脚的快速下沉。个临时或永久的基础，控制支护拱脚的快速下沉。第44页/共237页 常见的控制拱脚下沉技术有：常见的控制拱脚下沉技术有：（1 1）锁脚锚管技术）锁脚锚管技术 锁脚锚管当它作为承载结构锁脚锚管当它作为承载结构时，主要是传递来自于上部初期时，主要是传递来自于上部初期支护的压力，因此，应尽量沿拱支护的压力，因此，应尽量沿拱脚切线方向设置。若施作不到位，脚切线方向设置。若施作不到位，将降低锚管作用效果。将降低锚管作用效果。图图 锁脚锚管锁脚锚管第45页/共237页（2 2）临时仰拱技术）临时仰拱技术 临时仰拱在台阶法开挖临时仰拱在台阶法开挖的软岩大断面隧道中经常使的软岩大断面隧道中经常使用，能让上台阶临时封闭成用，能让上台阶临时封闭成环，有效地控制上半段面支环，有效地控制上半段面支护的沉降，保证下台阶开挖护的沉降，保证下台阶开挖的安全。的安全。图图 台阶法临时仰拱台阶法临时仰拱第46页/共237页（3 3）扩大拱脚技术）扩大拱脚技术 扩扩大大拱拱脚脚是是通通过过展展宽宽基基础础，减减小小地地基基压压力力的的方方法法，实实现现控控制制支支护护沉沉降降的的又又一一种种有有效效的的技技术术手手段。段。其其关关键键是是基基础础要要有有足足够够的的宽宽度度，设设计计宽宽度度一一般般为为0.80.81.0m1.0m。施施作作时时，若若拱拱脚脚宽宽度度不不够够，将将造造成沉降过大，达不到设计要求。成沉降过大，达不到设计要求。图图 扩大拱脚扩大拱脚第47页/共237页5 5 隧道设计的有关要求隧道设计的有关要求第48页/共237页5.15.1 遵循遵循“选线四原则选线四原则”，从设计源头降低隧道风险，从设计源头降低隧道风险 隧道位置的选择在重视洞口地形、地质条件的同时，应充分隧道位置的选择在重视洞口地形、地质条件的同时，应充分考虑隧道洞身地质条件，隧道位置应尽量避免或减少通过地段。考虑隧道洞身地质条件，隧道位置应尽量避免或减少通过地段。在选线设计时，要遵循以下在选线设计时，要遵循以下“选线四原则选线四原则”：（1 1）选择构造简单，地层单一，地下水不发育，岩体完整）选择构造简单，地层单一，地下水不发育，岩体完整性较好的地段；性较好的地段；（2 2）尽量减少傍山、浅埋段，避免短隧道群。）尽量减少傍山、浅埋段，避免短隧道群。（3 3）隧道洞身宜平行水平最大主应力方向，争取垂直岩层）隧道洞身宜平行水平最大主应力方向，争取垂直岩层走向；走向；（4 4）避开或远离断层破碎带，必须穿过时，宜大角度穿过；）避开或远离断层破碎带，必须穿过时，宜大角度穿过；并应注意选择在断层、特别是活动断层的被动盘内通过。并应注意选择在断层、特别是活动断层的被动盘内通过。第49页/共237页5.2 5.2 充分贯彻充分贯彻“早进晚出早进晚出”的原则，强化隧道进洞设计的原则，强化隧道进洞设计 洞口位置的选择充分考虑施工、运营安全和环保要求，遵循洞口位置的选择充分考虑施工、运营安全和环保要求，遵循“早进晚出早进晚出”的原则。有条件时应尽量接长明洞，不要为了缩短的原则。有条件时应尽量接长明洞，不要为了缩短隧道的长度而偏压、拉槽进洞，使洞口处挖深过大，破坏山体坡隧道的长度而偏压、拉槽进洞，使洞口处挖深过大，破坏山体坡面的稳定和植被，给施工和运营安全带来隐患。面的稳定和植被，给施工和运营安全带来隐患。进洞成功实例进洞成功实例 进洞失败实例进洞失败实例第50页/共237页 隧隧道道宜宜采采用用超超前前管管棚棚进进洞洞，并并对对洞洞口口临临时时开开挖挖坡坡面面采采取取锚锚杆杆（索索）、压压浆浆、钢钢筋筋网网、喷喷射射混混凝凝土土等等支支护护措措施施；同同时时，在在开开挖挖进洞之前，还应做好地表防排水系统，以确保隧道进洞安全。进洞之前，还应做好地表防排水系统，以确保隧道进洞安全。第51页/共237页5.35.3 高风险双线长隧道，宜采用双洞单线分修方案高风险双线长隧道，宜采用双洞单线分修方案 高风险双线长隧道宜采用上下行分修，修建两座单线隧道，高风险双线长隧道宜采用上下行分修，修建两座单线隧道，由于隧道开挖跨度、断面减小，有利于施工时控制围岩和支护变由于隧道开挖跨度、断面减小，有利于施工时控制围岩和支护变形，防止坍方事故的发生。形，防止坍方事故的发生。5.4 5.4 加强地质勘察工作，细化软弱岩层工程特性判释加强地质勘察工作，细化软弱岩层工程特性判释 重视地段的地质勘察工作，开展综合勘探，查明其工程地质、重视地段的地质勘察工作，开展综合勘探，查明其工程地质、水文地质条件，围岩合理定级。水文地质条件，围岩合理定级。对于通过地段的隧道，地质勘察工作的主要目的是确定在隧对于通过地段的隧道，地质勘察工作的主要目的是确定在隧道洞身上的分布段落、工程特性。道洞身上的分布段落、工程特性。第52页/共237页 通通过过地地质质测测绘绘辅辅以以槽槽探探、平平硐硐等等方方法法，了了解解软软弱弱岩岩层层的的分分布布层层位位，综综合合地地面面物物探探成成果果初初步步确确定定在在洞洞身身的的分分布布段段落落。在在此此基基础础上上布布置置钻钻探探工工作作，通通过过钻钻探探、孔孔内内综综合合测测井井、原原位位测测试试和和室室内内试试验，进一步细化在隧道洞身段的分布段落和工程特性。验，进一步细化在隧道洞身段的分布段落和工程特性。为为弥弥补补勘勘察察工工作作的的局局限限性性，应应加加强强施施工工地地质质特特别别是是超超前前地地质质预预报报工工作作，在在开开挖挖环环境境下下、围围岩岩的的受受力力、地地下下水水的的径径流流条条件件均均有有所所变变化化，应应高高度度重重视视局局部部的的小小构构造造、不不同同岩岩性性的的接接触触带带、层层间间不不利的结构面组合对隧道稳定性的不利影响。利的结构面组合对隧道稳定性的不利影响。第53页/共237页5.55.5 针对的工程特性，设计方案应做到针对的工程特性，设计方案应做到“三个有利于三个有利于”的力学特性是强度低、承载力低，隧道开挖后变形大。因此，的力学特性是强度低、承载力低，隧道开挖后变形大。因此，针对围岩与隧道变形的控制措施是设计的要点。设计应做到针对围岩与隧道变形的控制措施是设计的要点。设计应做到“三个三个有利于有利于”：（1 1）开挖方法的设计应有利于保护围岩，减小塑性区范围，）开挖方法的设计应有利于保护围岩，减小塑性区范围，最大限度地调动围岩的承载作用，控制围岩的变形量；例如采用弱最大限度地调动围岩的承载作用，控制围岩的变形量；例如采用弱爆破、围岩预加固等设计；爆破、围岩预加固等设计；（2 2）支护结构的设计应有利于支护结构尽快封闭，形成整体）支护结构的设计应有利于支护结构尽快封闭，形成整体稳定的封闭环状结构，以达到减小支护自身变形的目的；例如采用稳定的封闭环状结构，以达到减小支护自身变形的目的；例如采用有利于快封闭的有利于快封闭的CD/CRDCD/CRD等工法；等工法；（3 3）支护结构未封闭之前，辅助工程措施的设计应有利于控）支护结构未封闭之前，辅助工程措施的设计应有利于控制支护结构的整体下沉；例如采用大拱脚或拱脚支撑桩等措施。制支护结构的整体下沉；例如采用大拱脚或拱脚支撑桩等措施。第54页/共237页5.65.6 加强现场配合，积极开展信息化设计加强现场配合，积极开展信息化设计 隧道施工图一般是通过施工前的地质勘察，按工程类比或标隧道施工图一般是通过施工前的地质勘察，按工程类比或标准设计进行设计的，正确与否或与实际的符合程度需要通过施工准设计进行设计的，正确与否或与实际的符合程度需要通过施工的检验的检验;因此应重视施工过程中的调查和监测等信息的收集、分因此应重视施工过程中的调查和监测等信息的收集、分析，开展信息化设计，及时对施工图设计进行有针对性的设计修析，开展信息化设计，及时对施工图设计进行有针对性的设计修正。正。信息化设计是从设计角度出发防止隧道坍方的最有效手段。信息化设计是从设计角度出发防止隧道坍方的最有效手段。信息化设计的基础是：监控量测、超前预报。信息化设计的基础是：监控量测、超前预报。监控量测是确保隧道施工安全的监控量测是确保隧道施工安全的“哨兵哨兵”,是隧道施工不可是隧道施工不可缺少的一道工序。通过监测动态信息，及时评价围岩及支护结构缺少的一道工序。通过监测动态信息，及时评价围岩及支护结构体系的稳定性状态，用以指导设计、施工，确保施工安全。体系的稳定性状态，用以指导设计、施工，确保施工安全。第55页/共237页监控量测工作各单位职责：监控量测工作各单位职责：设计设计 设计应将监控量测、超前预报方案纳入设计文件，根据设计应将监控量测、超前预报方案纳入设计文件，根据工程地质条件、埋深、洞外环境、施工方案等明确监测项目、工程地质条件、埋深、洞外环境、施工方案等明确监测项目、监测频率、监测及资料整理分析要求，提出变形控制基准及信监测频率、监测及资料整理分析要求，提出变形控制基准及信息反馈要求。息反馈要求。施工施工 施工单位，在编制施工组织时必须将监控量测工作列入施工单位，在编制施工组织时必须将监控量测工作列入施工流程，并由专业队伍来实施。施工流程，并由专业队伍来实施。监理监理 监理单位应做到每天检查监控量测记录和报告。监理单位应做到每天检查监控量测记录和报告。建设建设 建设管理单位应严格审查监控量测实施计划，当监控量建设管理单位应严格审查监控量测实施计划，当监控量测数据出现异常时，应及时签发预警通知或暂停施工。测数据出现异常时，应及时签发预警通知或暂停施工。第56页/共237页6 6 隧道施工的有关要求隧道施工的有关要求 第57页/共237页 隧道施工，应在以下七个方面予以重隧道施工，应在以下七个方面予以重视，实现标准化施工管理，从而避免变形视，实现标准化施工管理，从而避免变形和坍方事故的发生。和坍方事故的发生。超前预报超前预报 超前加固超前加固 超前支护超前支护 开挖工法开挖工法 初期支护初期支护 二次衬砌二次衬砌 监控量测监控量测 第58页/共237页6.1 6.1 超前预报超前预报 现场时常会遇到实际开挖揭示的地质与设计提供现场时常会遇到实际开挖揭示的地质与设计提供的地质存在较大差异，引起技术措施和施工方法的变的地质存在较大差异，引起技术措施和施工方法的变化。因此，除设计阶段加强地质勘察外，施工阶段也化。因此，除设计阶段加强地质勘察外，施工阶段也必须进行超前地质预报工作，这一点尤为重要。必须进行超前地质预报工作，这一点尤为重要。地质素描、物探、超前钻探方法是超前预报地质素描、物探、超前钻探方法是超前预报的主要手段。的主要手段。在破碎带和断层地段，加强超前长、短钻孔，在破碎带和断层地段，加强超前长、短钻孔，及时探明隧道前方地质情况，特别是地下水及时探明隧道前方地质情况，特别是地下水的发育情况，严禁在未探明情况下盲目开挖。的发育情况，严禁在未探明情况下盲目开挖。第59页/共237页6.2 6.2 超前加固超前加固 在断层破碎带和软弱地层，特别是富含在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，必须对围岩进行超前加固，改良地层，水时，必须对围岩进行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。确保隧道安全施工。必须配备专业队伍、专业设备，进行专必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效果。项设计，保证加固效果。目前，常用的围岩加固方法是注浆法。目前，常用的围岩加固方法是注浆法。注浆法主要分全断面注浆和局部注浆两种。注浆法主要分全断面注浆和局部注浆两种。在富水断层地带，常采取全断面注浆。在富水断层地带，常采取全断面注浆。第60页/共237页 全断面注浆法钻孔数量多，施作周期长；全断面注浆法钻孔数量多，施作周期长；局部注浆是针对隧道前方地层特点，对薄弱局部注浆是针对隧道前方地层特点，对薄弱部位进行注浆，钻孔数量少，施作周期短。部位进行注浆，钻孔数量少，施作周期短。无论是全断面注浆，还是局部注浆，都无论是全断面注浆，还是局部注浆，都要求必须配备先进的钻孔注浆设备，必须采要求必须配备先进的钻孔注浆设备，必须采取信息化注浆。取信息化注浆。第61页/共237页别岩槽隧道别岩槽隧道F1F1断层全断面注浆照片断层全断面注浆照片第62页/共237页齐岳山隧道齐岳山隧道F11F11断层信息化注浆照片断层信息化注浆照片第63页/共237页注浆加固范围注浆加固范围 l纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点确定，一般为确定，一般为202030m30m。特殊地层条件下，。特殊地层条件下，应及时调整纵向注浆加固长度，否则既影应及时调整纵向注浆加固长度，否则既影响进度，又影响质量。响进度，又影响质量。l环向加固厚度一般为环向加固厚度一般为3 35m5m，局部可增加，局部可增加到到5 58m8m。第64页/共237页6.3 6.3 超前支护超前支护 常用的超前支护方式有超前大管棚和超常用的超前支护方式有超前大管棚和超前小导管两种。前小导管两种。超前大管棚：超前大管棚一般是在对超前大管棚：超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以及下穿公路、铁路、地面建筑物时采用。大及下穿公路、铁路、地面建筑物时采用。大管棚一般采用管棚一般采用70mm70mm159mm159mm的钢管，纵向的钢管，纵向长度长度1010100m100m根据工程需要设置。根据工程需要设置。第65页/共237页洞内大管棚照片洞内大管棚照片第66页/共237页设管棚工作间：设管棚工作间：一般施作管棚时都要设置管棚工